基于單片機(jī)的數(shù)控砂輪修整器的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)說明書

本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)題目：基于單片機(jī)的數(shù)控砂輪修整器的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)3.1單片機(jī)的選擇本設(shè)計(jì)選用STC公司的89C52型單片機(jī)為控制核心，它是一個(gè)低電壓高性能的CMOS單片機(jī)。89C52芯片內(nèi)部集成了CPU、RAM、ROM、定時(shí)/計(jì)數(shù)器和I/O口等各功能部件，并由內(nèi)部總線把這些不見連接在一起。89C52單片機(jī)內(nèi)部包含以下一些功能部件：一個(gè)8位CPU；一個(gè)片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路；8KBROM,128B內(nèi)RAM；可尋址64KB的外ROM和外RAM控制電路；兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器；21個(gè)特許功能寄存器；4個(gè)8位并行I/O口，共32條可編程I/O端線；一個(gè)可編程全雙工串行口；5個(gè)中斷源，可設(shè)置成2個(gè)優(yōu)先級(jí)。圖3.189C52單片機(jī)及其引腳圖3.2液晶的顯示顯示部分是控制系統(tǒng)的一個(gè)重要部分,液晶顯示器的種類很多，根據(jù)大小和顯示任務(wù)的不同來對(duì)液晶顯示器進(jìn)行選擇。本次設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)只需要顯示坐標(biāo)數(shù)脈沖，所以設(shè)計(jì)中采用長(zhǎng)沙太陽人電子有限公司的SMC1602LCM液晶顯示模塊.主要技術(shù)參數(shù)如表3.1，該模塊共有16個(gè)引腳，引腳圖如表3.2所示。表3.1SMC1062顯示模塊相關(guān)參數(shù)顯示容量16*2個(gè)字符芯片工作電壓4.5-5.5V工作電流2.0MA模塊最佳工作電壓5.0V字符尺寸2.95*4.35（WXH）MM表3.2SMC1602顯示模塊引腳圖編號(hào)符號(hào)引腳說明編號(hào)符號(hào)引腳說明1VSS電源地9D2DataI/O2VDD電源正極10D3DataI/O3VL液晶顯示偏壓信號(hào)11D4DataI/O4RS數(shù)據(jù)/命令選擇端12D5DataI/O5R/W讀/寫選擇端13D6DataI/O6E勢(shì)能信號(hào)14D7DataI/O7D0DataI/O15BLA背光源正極8D1DataI/O16BLK背光源負(fù)極根據(jù)引腳圖的說明,控制板上采用16針直插式插座與液晶顯示模塊連接，1602電路圖原理圖如圖3.2所示，圖3.21602顯示電路圖原理圖3.3按鍵設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)4個(gè)功能按鍵S確認(rèn)、執(zhí)行、加工、停止，電路原理圖3.3。圖3.3按鍵設(shè)計(jì)3.4保護(hù)功能數(shù)控系統(tǒng)的保護(hù)分為三類，加工過程中的限位保護(hù)、抗干擾電路、突然掉電保護(hù)。限位保護(hù)采用機(jī)械按鈕的方式實(shí)現(xiàn)，掉電保護(hù)和硬件抗干擾已經(jīng)有成熟的集成芯片的支持，本系統(tǒng)選用MAX691芯片完成設(shè)計(jì)。圖3.4保護(hù)電路原理圖3.4.1限位保護(hù)電路設(shè)計(jì)限位保護(hù)的實(shí)現(xiàn)采用機(jī)械按鈕的方式實(shí)現(xiàn)。本加工系統(tǒng)中有X、Z兩個(gè)方向的電機(jī)運(yùn)動(dòng)形成金剛筆的曲線運(yùn)動(dòng)，所以限位保護(hù)的極限點(diǎn)有四個(gè)，分別為X方向的原點(diǎn)和終點(diǎn)的限位保護(hù)；Z方向的原點(diǎn)和終點(diǎn)的限位保護(hù)。在磨床Y7125中，砂輪修形加工過程中需要在X、Z兩向上移動(dòng)距離、坐標(biāo)的最大值是固定的，任何的一次加工金剛筆的位置都是在零與最大值之間的移動(dòng)距離、坐標(biāo)，所以采用軟件限位的方式對(duì)兩向的終點(diǎn)的限位是可行的，并且可以將加工的錯(cuò)誤消除在加工程序的編制時(shí)期。所以實(shí)際需要運(yùn)用按鈕方式進(jìn)行限位保護(hù)的只剩下X、Z兩個(gè)方向的原點(diǎn)的限位保護(hù)。與手動(dòng)控制功能的第三部分連接相同，X、Z向的原點(diǎn)限位保護(hù)是直經(jīng)過與門的邏輯運(yùn)算后接入單片機(jī)的外部硬中斷的引腳上的，提高了系統(tǒng)的反應(yīng)速度。3.4.2掉電保護(hù)、抗干擾的電路設(shè)計(jì)本部分的設(shè)計(jì)選用了美國MAXM公司生產(chǎn)的微處理器監(jiān)控電路—MAX691（如圖3.4），該芯片技術(shù)先進(jìn)，功能完整，精度較高，該電路在自動(dòng)控制、自動(dòng)測(cè)量及便攜產(chǎn)品等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。該芯片的主要特點(diǎn)：精確的4.65V監(jiān)控；上電、掉電、不正常低壓供電產(chǎn)生復(fù)位輸出；100ms,1.6s或可調(diào)看門狗計(jì)時(shí)器；1μA待機(jī)電流；備用電池電源切換；芯片使能信號(hào)的在線選通；電源故障報(bào)警。經(jīng)過對(duì)保護(hù)芯片的學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)了本系統(tǒng)中掉電保護(hù)和看干擾電路的連接（如圖3.4），在圖示連接中加入軟件的支持，掉電情況下將當(dāng)前的加工重要數(shù)據(jù)保存在單片機(jī)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中，由備用電源只對(duì)單片機(jī)供電保護(hù)數(shù)據(jù)；抗干擾的看門狗電路功能的實(shí)現(xiàn)，該芯片在步進(jìn)電機(jī)的控制信號(hào)的一條線上進(jìn)行采集信號(hào)，在設(shè)定時(shí)間內(nèi)發(fā)生干擾則會(huì)產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)使單片機(jī)復(fù)位，達(dá)到抗干擾的目的。3.5人機(jī)交互面板的設(shè)計(jì)經(jīng)過對(duì)數(shù)控系統(tǒng)的控制部分硬件進(jìn)行設(shè)計(jì)，確定了各模塊的具體位置，現(xiàn)在規(guī)劃數(shù)控系統(tǒng)的面板如圖3.5。圖示面板只是表示顯示數(shù)碼管、按鍵、電源、U口的相對(duì)位置，不表示實(shí)際尺寸。 圖3.5控制面板面板中矩陣按鍵排列和指示燈的具體安排見表3.1：表3.3按鍵和指示燈安排按鈕0按鈕1按鈕2按鈕3按鈕4按鈕5按鈕6按鈕7按鈕8按鈕9按鈕選擇按鈕確認(rèn)燈X向限位按鈕X向前進(jìn)按鈕X向后退按鈕Z向前進(jìn)按鈕Z向后退燈Z向限位按鈕復(fù)位1按鈕復(fù)位2按鈕暫停燈暫停燈工作指示PAGEPAGE154控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)4.1開發(fā)環(huán)境KeilC51在本控制器的軟件設(shè)計(jì)中，采用的是C語言和KeilC51作為開發(fā)系統(tǒng)。KeilC51是美國KeilSoftware公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，C語言是一種編譯程序設(shè)計(jì)語言，它兼顧了多種高級(jí)語言的特點(diǎn)，并且具備匯編語言的功能。目前，使用C語言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)已經(jīng)成了一個(gè)主流，用C語言開發(fā)系統(tǒng)可以大大縮短開發(fā)周期，明顯曾強(qiáng)程序的可讀性，便于改進(jìn)和擴(kuò)充。而且對(duì)8051的C語言日趨成熟，成為了專業(yè)化的實(shí)用高級(jí)語言。KeilC51軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面。C5l工具包中uVision和IShell分別是C51forwindows和forDos的集成開發(fā)環(huán)境(IDE)，可以完成編輯、編譯、連接、調(diào)試、仿真等整個(gè)開發(fā)流程。uVisionforWindows是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的windows應(yīng)用程序，它是C51的一個(gè)集成軟件開發(fā)平臺(tái)，具有源代碼編輯、project管理、集成的make等功能，它的人機(jī)界面友好，操作方便，是開發(fā)者的首選。它的開發(fā)界面如圖4.1。圖4.1KeiluVision2開發(fā)界面4.2系統(tǒng)軟件的開發(fā)本控制器的軟件開發(fā)，就是對(duì)單片機(jī)I/O口的控制與操作，在進(jìn)行軟件代碼編寫前應(yīng)明確單片機(jī)I/O對(duì)應(yīng)的控制對(duì)象，具體分配如下圖4.2所示：P1.0～P1.3X、Z兩個(gè)電機(jī)的控制信號(hào)和脈沖信號(hào)；P1.4～P1.7分別四個(gè)點(diǎn)動(dòng)按鈕；P0.0～P0.7接1602液晶顯示器的數(shù)據(jù)端；P3.4接1602液晶顯示器使能端；P3.5接1602液晶顯示器數(shù)據(jù)／命令選擇端；P2.0～P2.4接其它五個(gè)功能按鈕；P2.5接蜂鳴器；P3.0接軟件燒錄指示燈；P3.0～P3.1、P3.4～P3.7接查詢按鍵P3.2～P3.3接電機(jī)托板X復(fù)位端、X指示燈、Z復(fù)位端、Z指示燈；圖4.2單片機(jī)端口分配方案圖其它相關(guān)的初始參數(shù)：X向電機(jī)參數(shù)：步距角1.8o；Z向電機(jī)參數(shù)：步距角1.8o；X、Z絲杠螺距：0.5mm；運(yùn)行速度檔位：2.0mm/s；Z向電機(jī)與金剛筆頭縱向位移關(guān)系：8：1；X向電機(jī)行程：24mm；Z向電機(jī)行程：3mm；4.3軟件的總體設(shè)計(jì)4.3.1主程序流程圖系統(tǒng)上電復(fù)位后，先經(jīng)過必要的參數(shù)初始化后，便進(jìn)入按鍵查詢，等待操作，當(dāng)有按鍵按下后，程序便調(diào)用相應(yīng)的子程序運(yùn)行，流程圖如圖4.3所示：開始調(diào)用相應(yīng)子程序執(zhí)行相應(yīng)的操作初始化1602調(diào)用查詢按鍵顯示輸入x坐標(biāo)脈沖確認(rèn)鍵按下顯示輸入z坐標(biāo)脈沖執(zhí)行鍵按下金剛筆插補(bǔ)修形INT中斷判斷P1I/O口清零電機(jī)停止工作繼續(xù)插補(bǔ)修形停止按鍵按下立即停止YN圖4.3主程序流程圖4.3.2顯示程序流程圖本次設(shè)計(jì)中采用的是1602液晶顯示器，它支持兩行每行16位的字符顯示，在軟件設(shè)計(jì)時(shí)，讓第一行顯示加工坐標(biāo)脈沖。在執(zhí)行顯示任務(wù)前，首先要對(duì)顯示器進(jìn)行初始化。在編寫顯示程序時(shí)，首先要向顯示器發(fā)出位置控制信號(hào)(即在顯示器的哪一位顯示)，再向顯示器發(fā)出數(shù)據(jù)信號(hào)(即在那一位上顯示什么數(shù)字或字符)。顯示模塊的主程序流程圖如圖4.4：初始化1602初始化1602查詢鍵盤掃描是否有鍵按下返回鍵值開始發(fā)送顯示地址延時(shí)YN延時(shí)發(fā)送顯示數(shù)據(jù)顯示圖4.4顯示程序流程圖4.3.3手動(dòng)調(diào)整模塊步進(jìn)電機(jī)是靠控制器發(fā)出步進(jìn)脈沖和方向電平信號(hào)來驅(qū)動(dòng)的，單片機(jī)產(chǎn)生脈沖的方法有兩種，一種是通過延時(shí)的方法，另外是通過定時(shí)器定時(shí)的方法。延時(shí)時(shí)間的長(zhǎng)短，和定時(shí)器賦初值的大小決定了電機(jī)的運(yùn)行速度，在本控制系統(tǒng)中對(duì)運(yùn)行速度要求2mm/s，所以采用第二種方法來產(chǎn)生步進(jìn)脈沖。根據(jù)設(shè)計(jì)的功能要求，點(diǎn)動(dòng)時(shí)的運(yùn)行速度為2mm/s,點(diǎn)動(dòng)一次的位移是0.2mm。手動(dòng)程序流程圖如圖4.5。開始按鍵延時(shí)去抖是否松手發(fā)送脈沖方向信號(hào)發(fā)送驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)該方向執(zhí)行點(diǎn)動(dòng)0.2mmYN圖4.5手動(dòng)程序流程圖4.3.4直線加工模塊直線加工程序跟手動(dòng)調(diào)整程序類似，其軌跡圖定義如圖4.6所示?？梢钥醋?個(gè)位移量較大的點(diǎn)動(dòng)操作。它需要的數(shù)據(jù)直接存儲(chǔ)在單片機(jī)中，當(dāng)按下此鍵后就xzxz0(24,05)(0,0.5)123圖4.6直線加工軌跡圖4.3.5限位模塊流程圖限位程序是為防止金剛筆運(yùn)行超過極限位置而采取的保護(hù)措施。為了保證此模塊的實(shí)時(shí)性即金剛筆拖板到達(dá)限位位置能夠及時(shí)停止，實(shí)施的方法是單片機(jī)的外部中斷0和外部中斷1管腳分別連接X，Z兩個(gè)方向電機(jī)的限位點(diǎn)，單片機(jī)上電復(fù)位后，這兩個(gè)管腳的電壓為高電平，且這兩點(diǎn)與機(jī)械外殼之間是絕緣的，當(dāng)金鋼筆拖板運(yùn)動(dòng)到極限位置，拖板與其接觸，把單片機(jī)對(duì)應(yīng)的管腳電平拉低，單片機(jī)產(chǎn)生中斷，調(diào)用中斷服務(wù)程序，完成停機(jī)操作。其程序流程圖如圖4.7所示：開始開始INT0=0?立即調(diào)用中子斷程序X電機(jī)控制I/O清零電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)YNINT1=0?NX復(fù)位指示燈量X報(bào)警器響立即調(diào)用中子斷程序Z電機(jī)控制I/O清零Z復(fù)位指示燈量Z報(bào)警器響圖4.7限位程序流程圖4.3.6直線插補(bǔ)原理及其流程圖插補(bǔ)一般是用在計(jì)算機(jī)圖形顯示，或者數(shù)控加工的近似走刀等情況下的。以數(shù)控加工為例子，數(shù)控機(jī)床的刀具往往是不能以曲線的實(shí)際輪廓去走刀的，而是近似地以若干條很小的直線去走刀，走刀的方向一般是X和Y方向。逐點(diǎn)比較法是使用階梯折線來逼近被插補(bǔ)直線或圓弧輪廓的方法，一般是按偏差判別、進(jìn)給控制、偏差計(jì)算和終點(diǎn)判別四個(gè)節(jié)拍來實(shí)現(xiàn)一次插補(bǔ)過程。4個(gè)象限的計(jì)算方法，原理相同，四個(gè)象限插補(bǔ)時(shí)其偏差計(jì)算公式和進(jìn)給脈沖方向如圖4.8所示，計(jì)算時(shí)Xe，Ye均為絕對(duì)值。圖4.8直線插補(bǔ)計(jì)算公式和進(jìn)給脈沖方向圖在此數(shù)控砂輪修形器的X、Z實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中，我們主要運(yùn)用逐點(diǎn)比較法直線和圓弧插補(bǔ)，其中Y方向改為本次設(shè)計(jì)要求的Z方向。以第一象限為例，取直線起點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，第一象限內(nèi)直線的逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)的流程圖如圖4.9。開始開始初始化,+F>=0?+X向走一步+Y向走一步結(jié)束YNYN圖4.9第一象限逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)流程圖4.4程序的下載軟件編寫的過程是：在KeiluVision2編譯軟件中，建立一個(gè)文件后綴名為：*.Uv2工程文件和一個(gè)后綴名為*.c文件，然后在把*.c文件添加到*.Uv2工程下面，接著在程序欄編寫處，鍵入程序代碼，設(shè)置后，對(duì)程序進(jìn)行編譯生成*.hex文件。再打開STC-SIP下載工具如圖4.10。選擇單片機(jī)的類型，打開生成*hex文件，再點(diǎn)Download按鍵，通過串口線連接電腦和單片機(jī)這樣就可以把程序燒寫入單片機(jī)了。圖4.10程序下載工具西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）PAGEPAGE245數(shù)控XY工作臺(tái)的設(shè)計(jì)5.1XY工作臺(tái)的設(shè)計(jì)5.1.1主要設(shè)計(jì)參數(shù)及依據(jù)本設(shè)計(jì)的XY工作臺(tái)的參數(shù)定為：工作臺(tái)行程：橫向320mm，縱向450mm工作臺(tái)最大尺寸（長(zhǎng)×寬×高）：1100×900×300mm工作臺(tái)最大承載重量：120Kg脈沖當(dāng)量：0.001mm/pluse進(jìn)給速度：60平方毫米/min表面粗糙度：0.8～1.6設(shè)計(jì)壽命：15年5.1.2XY工作臺(tái)部件進(jìn)給系統(tǒng)受力分析因激光切割機(jī)床為激光加工其激光器與工件之間不直接接觸因此可以認(rèn)為在加工過程中沒有外力負(fù)載作用。其切削力為零。XY工作臺(tái)部件由工作臺(tái)、中間滑臺(tái)、底座等零部件組成各自之間均以滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副相聯(lián)以保證相對(duì)運(yùn)動(dòng)精度。設(shè)下底座的傳動(dòng)系統(tǒng)為橫向傳動(dòng)系統(tǒng)，即X向，上導(dǎo)軌為縱向傳動(dòng)系統(tǒng)，即Y向。一般來說數(shù)控切割機(jī)床的滾動(dòng)直線導(dǎo)軌的摩擦力可忽略不計(jì)但滾珠絲杠副以及齒輪之間的滑動(dòng)摩擦不能忽略這些摩擦力矩會(huì)影響電機(jī)的步距精度。另外由于采取了一系列的消隙、預(yù)緊措施,其產(chǎn)生的負(fù)載波動(dòng)應(yīng)控制在很小的范圍。5.1.3初步確定XY工作臺(tái)尺寸及估算重量初定工作臺(tái)尺寸(長(zhǎng)×寬×高度)為:1200×950×70mm，材料為HT200，估重為625N(W1)。設(shè)中托座尺寸(長(zhǎng)×寬×高度)為:1200×520×220mm，材料為HT200，估重為250N（W2）。另外估計(jì)其他零件的重量約為250N(W3)。加上工件最大重量約為120Kg（1176N）(G)。則下托座導(dǎo)軌副所承受的最大負(fù)載W為:5.2Z軸隨動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)激光切割機(jī)對(duì)Z軸隨動(dòng)機(jī)構(gòu)要求非常高。在切割中需隨時(shí)檢測(cè)和控制切割表面的不平度，通過伺服電機(jī)和滾珠絲桿調(diào)整切割頭的高度，以保證激光聚焦后的焦點(diǎn)在切割板材的表面位置。由于激光焦點(diǎn)至板面的距離將影響割縫寬窄及質(zhì)量，因此，要求Z軸的檢測(cè)精度高于0.010mm：同時(shí)，隨動(dòng)速度應(yīng)大于5m/min。隨動(dòng)速度太快會(huì)造成切割頭上下震蕩，太慢又造成切割頭跟不上的現(xiàn)象。目前。對(duì)加工板材的檢測(cè)主要有電容、電感、電阻、激光、紅外等幾種方式。電感式和電阻式屬于傳感器，激光、紅外及電容式屬于非接觸式傳感器。電容式傳感器在運(yùn)動(dòng)檢測(cè)過程中不發(fā)生摩擦阻力，最適于金屬板材和高速切割加工，而激光和紅外位移傳感器對(duì)加工材料的反射率很敏感，僅適用于一些特殊場(chǎng)合的切割加工(如強(qiáng)磁場(chǎng)、強(qiáng)干擾環(huán)境)。所以在選擇傳感器時(shí)，應(yīng)注意檢測(cè)精度和對(duì)切割材料的適應(yīng)性，同時(shí)安裝時(shí)還需要注意采取抗干擾措施。割頭具有多種先進(jìn)的智能和附加功能，如自動(dòng)調(diào)整激光噴嘴距離、自動(dòng)清潔噴嘴、同軸噴水機(jī)構(gòu)、切割頭轉(zhuǎn)動(dòng)、切割嘴擺動(dòng)等。這些功能機(jī)構(gòu)的增加,不可避免地增加了切割頭的重量，成切割頭的動(dòng)態(tài)性能不好,隨動(dòng)機(jī)構(gòu)反應(yīng)不靈敏。一般來說，普通數(shù)控激光切割機(jī)Z軸拖動(dòng)重量在5kg以上時(shí)，應(yīng)采用重力平衡設(shè)施。而高性能數(shù)控激光切割機(jī)的Z軸拖動(dòng)重量在2kg以上就須施加重力平衡設(shè)施，特別是在高速飛行光路設(shè)計(jì)中這一點(diǎn)尤為重要。目前Z軸上的重力平衡設(shè)施使用較多的是采用氣缸托動(dòng)方式。該方式重量輕、體積小、易安裝，還可根據(jù)要求調(diào)整氣缸的平衡力。5.3滾珠絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算根據(jù)機(jī)床的受力情況及結(jié)構(gòu)尺寸，參照南京工藝裝備廠的產(chǎn)品系列，選用FFZD內(nèi)循環(huán)墊片預(yù)緊螺母式滾珠絲桿，具體型號(hào)如下：X向：FFZD2504-3/490×500Y向：FFZD2504-3/500×1100因X向的滾珠絲桿比Y向的滾珠絲桿所受的負(fù)載大，現(xiàn)只計(jì)算X向絲桿的相關(guān)數(shù)據(jù)，Y向根據(jù)X向的結(jié)果相同選用即可滿足要求，具體計(jì)算如下。5.3.1滾珠絲杠副導(dǎo)程的確定軸向負(fù)荷計(jì)算公式：（3.1）式中F____切削力，F(xiàn)=0W____工件重量加工作臺(tái)重量激光切割機(jī)滾珠絲杠是在低速條件下工作的。故本處的，。對(duì)照樣本參數(shù)這里的Go非常小，選定導(dǎo)程為4的滾珠絲杠副。5.3.2絲杠的安裝方法典型的絲杠安裝方法有四種：(1)端軸向固定，一端自由。常用于段絲杠和豎直安裝的絲杠。它的承載能力小，軸向剛度低。(2)端固定，一端簡(jiǎn)支。常用于較長(zhǎng)的臥式絲杠。這時(shí)軸承要遠(yuǎn)離熱源及絲杠常用段，其目的是為了減少絲杠的熱變形的影響。(3)兩端為簡(jiǎn)支。這種安裝方式對(duì)絲杠的熱伸縮較為敏感。(4)兩端固定。常用于長(zhǎng)絲杠或高轉(zhuǎn)速、要求高精度、高剛度的地方。由于絲杠承受的載荷較大，所以選用第四種安裝方式。5.4直線滾動(dòng)導(dǎo)軌的選型絲杠公稱直徑，25mm則根據(jù)式（3.3）：ψ＝2.91°則根據(jù)式（3.2）得：η＝0.953。導(dǎo)軌主要分為滾動(dòng)導(dǎo)軌和滑動(dòng)導(dǎo)軌兩種，直線滾動(dòng)導(dǎo)軌在數(shù)控機(jī)床中有廣泛的應(yīng)用。相對(duì)普通機(jī)床所用的滑動(dòng)導(dǎo)軌而言，它有以下幾方面的優(yōu)點(diǎn)：定位精度高：直線滾動(dòng)導(dǎo)軌可使摩擦系數(shù)減小到滑動(dòng)導(dǎo)軌的1/50。由于動(dòng)摩擦與靜摩擦系數(shù)相差很小，運(yùn)動(dòng)靈活，可使驅(qū)動(dòng)扭矩減少90%，因此，可將機(jī)床定位精度設(shè)定到超微米級(jí)。降低機(jī)床造價(jià)并大幅度節(jié)約電力：采用直線滾動(dòng)導(dǎo)軌的機(jī)床由于摩擦阻力小，特別適用于反復(fù)進(jìn)行起動(dòng)、停止的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，可使所需的動(dòng)力源及動(dòng)力傳遞機(jī)構(gòu)小型化，減輕了重量，使機(jī)床所需電力降低90%，具有大幅度節(jié)能的效果?？商岣邫C(jī)床的運(yùn)動(dòng)速度：直線滾動(dòng)導(dǎo)軌由于摩擦阻力小，因此發(fā)熱少，可實(shí)現(xiàn)機(jī)床的高速運(yùn)動(dòng)，提高機(jī)床的工作效率20～30%。可長(zhǎng)期維持機(jī)床的高精度:對(duì)于滑動(dòng)導(dǎo)軌面的流體潤(rùn)滑，由于油膜的浮動(dòng)，產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)精度的誤差是無法避免的。在絕大多數(shù)情況下，流體潤(rùn)滑只限于邊界區(qū)域，由金屬接觸而產(chǎn)生的直接摩擦是無法避免的，在這種摩擦中，大量的能量以摩擦損耗被浪費(fèi)掉了。與之相反，滾動(dòng)接觸由于摩擦耗能?。疂L動(dòng)面的摩擦損耗也相應(yīng)減少，故能使直線滾動(dòng)導(dǎo)軌系統(tǒng)長(zhǎng)期處于高精度狀態(tài)。同時(shí)，由于使用潤(rùn)滑油也很少，大多數(shù)情況下只需脂潤(rùn)滑就足夠了，這使得在機(jī)床的潤(rùn)滑系統(tǒng)設(shè)計(jì)及使用維護(hù)方面都變的非常容易了。所以在結(jié)構(gòu)上選用：開式直線滾動(dòng)導(dǎo)軌。參照南京工藝裝備廠的產(chǎn)品系列。型號(hào)：選用GGB型四方向等載荷型滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副，如圖4.1。具體型號(hào)：X向選用GGB20BA2P，2500-4Y向選用GGB20AB2P，21100-4西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）PAGEPAGE276結(jié)論本文的設(shè)計(jì)題目是基于單片機(jī)的數(shù)控砂輪修行器的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。論文就控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)劃分了系統(tǒng)控制部分和機(jī)械部分，根據(jù)系統(tǒng)控制部分劃分了硬件設(shè)計(jì)部分和軟件驅(qū)動(dòng)部分，論文詳細(xì)介紹了各個(gè)硬件設(shè)計(jì)電路圖，軟件驅(qū)動(dòng)部分劃分了軟件模塊，同時(shí)在keilC51開發(fā)環(huán)境下對(duì)各個(gè)軟件模塊進(jìn)行了完整的軟件編程，如(1)顯示程序軟件編程設(shè)計(jì)。(2)點(diǎn)動(dòng)軟件編程設(shè)計(jì)。(3)直線加工軟件編程設(shè)計(jì)等。本文所設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)功能完備、性能可靠、低耗高效、操作簡(jiǎn)單，與同類產(chǎn)品相比具有相當(dāng)?shù)男阅芎蛢r(jià)格優(yōu)勢(shì)。該控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)的功能：(1)能夠控制步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)，進(jìn)行插補(bǔ)；(2)能夠顯示脈沖參數(shù)；(3)能夠輸入0到10000的脈沖個(gè)數(shù)；(4)在運(yùn)行到限位位置能夠急停，進(jìn)行限位保護(hù)提示；(5)能夠?qū)π扌纹鬟M(jìn)行點(diǎn)動(dòng)調(diào)整。本次數(shù)控砂輪修形系統(tǒng)采用的是基于單片機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案主要是基于市場(chǎng)的原因。從長(zhǎng)遠(yuǎn)和提高產(chǎn)品性能的角度出發(fā)，基于單片機(jī)數(shù)控的砂輪修形的控制系統(tǒng)，是一種價(jià)格便宜且功能齊全的結(jié)構(gòu)，隨著以后不斷的完善和改進(jìn)，必將有廣闊的應(yīng)用空間和使用價(jià)值。本產(chǎn)品雖然與國外的高性能磨齒機(jī)相比，還有差距，這些都是今后努力的方向。PAGEPAGE28致謝論文是在王沁老師悉心指導(dǎo)下完成的，從具體設(shè)計(jì)到論文的完成期間凝聚了王老師辛苦的汗水和智慧的結(jié)晶。在這里首先要感謝我的導(dǎo)師王沁老師，感謝他半年來對(duì)我一點(diǎn)一滴的幫助和關(guān)心。王老師淵博的學(xué)識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、樂觀向上的生活態(tài)度都給我留下了深刻的印象。在王老師這里，我學(xué)到了很多很多，不僅僅是廣泛的理論實(shí)踐知識(shí)，更重要的是做人做事的態(tài)度，這些都將會(huì)使我受益終生！今后無論走到那里，從事什么工作，我都會(huì)記起王老師的諄諄教誨和無私奉獻(xiàn)。另外我要感謝我的學(xué)友和朋友們，感謝他們?cè)谡撐牡耐瓿蛇^程中所給予我的鼓勵(lì)和支持，每當(dāng)我碰到困難時(shí)，他們總是鼓勵(lì)我，給予我信心和支持。同時(shí)我還要感謝我的家人，沒有他們的支持和關(guān)愛就沒有今天樂觀自強(qiáng)的我。即將走上工作崗位，我會(huì)記住曾經(jīng)給予我?guī)椭拿恳晃焕蠋熀屯瑢W(xué)，在此讓我真誠的對(duì)你們說一聲：謝謝！PAGEPAGE30參考文獻(xiàn)[1]張英杰,韓慶瑤,賈桂紅.現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)的特點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)[M].中國制造業(yè)信息化,2004,33(9):106～108.[2]柳蘭,何娜，黃智偉.基于USB技術(shù)的數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].電子設(shè)計(jì)工程ElectronicDesignEngineering，2009,17(6):38～40.[3]張潤(rùn)孝,趙仲生,林其駿等.高精度SX系列數(shù)控砂輪修形系統(tǒng)[M].西安：西安交通大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院(710049),1997,31(12).[4]熊清平.數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)[J].專家視點(diǎn)，91～94，2004.[5]宋惠軍.Y7125磨齒機(jī)CNC砂輪修形系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究碩士學(xué)位論文[D].西安交通大學(xué)機(jī)電工程系,1991，15～22.[6]劉紅燕，于復(fù)生.8051單片機(jī)與U盤的技術(shù)設(shè)計(jì).電子元器件應(yīng)用[M].2006,88～91.[7]徐亞東,蔣建國,齊美彬等.基于單片機(jī)的USB安全鑰設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).應(yīng)用天地[M].2007,26(9):66～69.[8]MAXiong-bo,HANZhen-yu,WANGYong-zhang.DevelopmentofaPC-basedOpenArchitectureSoftware-CNCSystem[J].ChineseJournalofAeronautics，2007，272～281.[9]D.A.Axinte,S.AbdulShukor,A.T.Bozdana.Ananalysisofthefunctionalcapabilityofanin-housedevelopedminiature4-axismachinetool[M].InternationalJournalofMachineTools&Manufacture,2010,191~203.[10]J.JesusdeSantiago-Perez,RoqueAlfredoOsornio-Rios,Rene′deJesusRomero-Troncoso1.DSPalgorithmfortheextractionofdynamicsparametersinCNCmachinetoolservomechanismsfromanopticalincrementalencoder[M].InternationalJournalofMachineTools&Manufacture,2008:1318～1334.[11]侯麗玲.基于AT89S52單片機(jī)的LED點(diǎn)陣顯示屏控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì).漳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2008,10(3):70～73.[12]唐前輝,丁明亮.Proteus1515和Keil在單片機(jī)教學(xué)中的應(yīng)用[M].重慶電力高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào),2006,11(4):46～49.[13]袁強(qiáng),陸啟生,李文煜.基于單片機(jī)89C51和89C2051點(diǎn)陣LED圖文顯示[M].工程地質(zhì)計(jì)算機(jī)應(yīng)用,2006,(44)：17～19.[14]徐凱,張明.C51開發(fā)串行總線程序的優(yōu)化[M].電測(cè)與儀表,2005,42(479):60～62.[15]張英杰，韓慶瑤，賈桂紅.現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)的特點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)[M].中國制造業(yè)信息化,2004,33(9):106～108.[16]馬雄波.基于PC機(jī)的開放式多軸軟數(shù)控系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究與實(shí)現(xiàn)[D].博士學(xué)位論文.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2007.11.[17]李華，MCS-51單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)配置與接口技術(shù)[M].北京航天航空大學(xué)，91～95，1990.[18]王慶.Protel99SE&DXP[M].電路設(shè)計(jì)教程電子工業(yè)出版社，91～144，2006.[19]機(jī)電一體化技術(shù)手冊(cè)編委會(huì)編.機(jī)電一體化技術(shù)手冊(cè)(上﹑下冊(cè))[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1994.畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）只是產(chǎn)權(quán)聲明PAGEPAGE32畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）知識(shí)產(chǎn)權(quán)聲明本人完全了解西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院有關(guān)保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的規(guī)定，即：本科學(xué)生在校攻讀學(xué)士學(xué)位期間畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作的知識(shí)產(chǎn)權(quán)屬于西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院。本人保證畢業(yè)離校后，使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作成果或用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作成果發(fā)表論文時(shí)署名單位仍然為西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院。學(xué)校有權(quán)保留送交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的原文或復(fù)印件，允許畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）被查閱和借閱；學(xué)校可以公布畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的全部或部分內(nèi)容，可以采用影印、縮印或其他復(fù)制手段保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）。（保密的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）在解密后應(yīng)遵守此規(guī)定）畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）作者簽名：指導(dǎo)教師簽名：日期：畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）獨(dú)創(chuàng)性聲明秉承學(xué)校嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)風(fēng)與優(yōu)良的科學(xué)道德，本人聲明所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）是我個(gè)人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的成果，不包含他人已申請(qǐng)學(xué)位或其他用途使用過的成果。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示了致謝。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）與資料若有不實(shí)之處，本人承擔(dān)一切相關(guān)責(zé)任。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）作者簽名：指導(dǎo)教師簽名：日期：附錄2PAGEPAGE45附錄1附錄1一．顯示初始程序/*1062液晶顯示的初始程序?yàn)?/#include<reg52.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbitrs=P3^5;sbitlcden=P3^4; /*根據(jù)硬件電路，定義液晶顯示器的控制端*/voiddelay(ucharx) /*延時(shí)程序*/{uinta,b;for(a=x;a>0;a--)for(b=10;b>0;b--);}voidwrite_com(ucharcom)/*寫控制信號(hào)函數(shù)*/{P0=com;rs=0;lcden=0;delay(10);lcden=1;delay(10);lcden=0;}voidwrite_date(uintdate)/*寫數(shù)據(jù)函數(shù)*/{P0=date;rs=1;lcden=0;delay(10);lcden=1;delay(10);lcden=0;}voidinit()/*根據(jù)液晶顯示器說明書依次寫入初始化控制信號(hào)*/{write_com(0x38);delay(20);write_com(0x0f);delay(20);write_com(0x06);delay(20);write_com(0x01);delay(20);}二．直線加工子程序//直線加工程序#include<reg52.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbitxcp=P1^0;sbitxdir=P1^1;sbitzcp=P1^2;sbitzdir=P1^3;sbitkeyzj=P2^2;uintstep,num;voiddelay(uint);voidpluse();voidzhixianjiagong(){ P1=0xff; if(keyzj==0) { delay(50); if(keyzj==0) { while(!keyzj); step=9600; for(step;step>0;step--) { xcp=1; xdir=0; pluse(); } step=200; for(step;step>0;step--) { zcp=1; zdir=0; pluse(); } step=9600; for(step;step>0;step--) { zcp=0; zdir=0; pluse(); } step=200; for(step;step>0;step--) { xcp=0; xdir=0; pluse(); } }} }voiddelay(uintx){ uintj,k; for(j=10;j>0;j--)for(k=x;k>0;k--);}voidpluse()//定時(shí)發(fā)脈沖1.25ms發(fā)出一個(gè)脈沖,脈沖速度2mm/s{ num=0;EA=1; ET1=1; TMOD=0x10; TH1=(65536-250)/256; TL1=(65536-250)%256; TR1=1; while(1) { if(num==5) { num=0; } }}voidtime1()interrupt3using1{ TH1=(65536-250)/256; TL1=(65536-250)%256; num++;}三．直線插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ)子程序#include<reg52.h>#include<math.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedint#defineulongunsignedlongsbitxcp=P1^0;sbitxdir=P1^1;sbitzcp=P1^2;sbitzdir=P1^3;uintstep,num;voidpluse();voidlinechabu(floatx,floatz){ longf; ulongxe,ze,and; x=abs(x); z=abs(z); xe=400*x;//插補(bǔ)步長(zhǎng) 0.0025mm ze=400*z; and=(xe+ze);//總脈沖數(shù)總步數(shù) P1=0xff; f=0; while(and>0) { if(f>=0) { xdir=1;//方向向x正向走一步+x xcp=0;//脈沖輸出 pluse(); xdir=1; f=f-z;} else { if(x>=0&&z>=0)//第一象限 { zdir=1; zcp=0; pluse(); zcp=1; f=f+x; } else//第四象限 { zdir=0; zcp=0; pluse(); zcp=1; f=f+x; } } and=and-1; }}voidarcographchabu(floatx,floatz)//圓弧插補(bǔ){ longf; ulongxm,zm,and; xm=abs(x)*400; zm=abs(z)*400; and=zm+xm;//總脈沖數(shù),插補(bǔ)步長(zhǎng) P1=0xff; f=0; while(and>0) { if(f<=0) { xdir=1; //方向向x正向走一步+x xcp=0;//脈沖輸出 pluse(); xcp=1;//脈沖停止 x=x-1; f=f+2x+1;} else { if(x>=0&&z>=0)//第一象限 { zdir=1; zcp=0; pluse(); zcp=1; f=f+2z+1; z0=z-1; } else//第四象限 { zdir=0; zcp=0; pluse(); zcp=1; f=f-2z+1; z=z-1; } } } and=and-1;}voidpluse()//頻率1.25ms發(fā)出一個(gè)脈沖,脈沖速度2mm/s{ num=0;EA=1; ET1=1; TMOD=0x10; TH1=(65536-250)/256; TL1=(65536-250)%256; TR1=1; while(1) { if(num==5) { num=0; } }}voidtime1()interrupt3using1{ TH1=(65536-250)/256; TL1=(65536-250)%256; num++;}四．限位中斷和停止子程序//限位保護(hù)程序#include<reg52.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbitxlight=P3^2;sbitzlight=P3^3;sbitbeep=P2^5;sbitkeytz=P2^3;delay(uchar);voidxzhongduan(){EA=1;EX0=1;IT0=1;}voidext0()interrupt0using1{ P1=0xf3|P1;//x電機(jī)控制I/O口清 xlight=0;//x限位指示燈亮 beep=0;//報(bào)警}voidzzhongduan(){EA=1;EX1=1;IT1=1;}voidext1()interrupt1using1{ P1=0xfc|P1;//z電機(jī)控制I/O口清零 zlight=0;//z限位指示燈亮 beep=0;//報(bào)警}voidtingzhi(){ while(1) { zzhongduan(); xzhongduan(); if(keytz==0)//停止程按鍵 { delay(50); if(keytz==0) { while(!keytz) P1=P1|0xff; } }}}delay(ucharx) /*延時(shí)程序*/{ uinta,b; for(a=x;a>0;a--) for(b=10;b>0;b--);}五．點(diǎn)動(dòng)按鈕子程序/*點(diǎn)動(dòng)調(diào)整程序*/#include<reg52.h>#defi